개념 한 쪽
사면안정 대책공법은 사면이 붕괴하지 않도록 하는 해석 방법과 위험 상태를 판별하는 원리를 다룬다. 무한사면의 안전율 산정, 절편법과 원호법의 구분, 흙댐 및 제방에서 수위 변화가 주는 영향 등을 중심으로 핵심 개념을 정리한다.
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출제기준 단원 「사면안정 대책공법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 사면의 불안정 원인 판별 | 1 | 간극수압 변화와 사면 불안정의 인과관계 구별 |
| 제방·댐 수위 변화 영향 | 1 | 수위 급강하 등 수문학적 조건이 사면 안전율에 미치는 영향 |
| 포화 무한사면 안전율 계산 | 1 | 포화상태에서 유효단위중량 적용과 무한사면 안전율 산정 |
사면파괴는 전단응력이 전단저항력을 초과할 때 발생한다는 점을 전제로 한다. 유효응력의 관점에서 과잉간극수압이 증가하면 유효응력이 감소하여 안정성이 저하되고, 반대로 과잉간극수압이 감소하면 유효응력이 증가하여 안정성이 향상된다는 관계를 이해해야 한다.
무한사면 해석에서는 사면 길이가 충분히 길고 균일할 때 깊이 z가 소거되어 안전율이 깊이에 의존하지 않는 고유값이 된다. 지하수면이 지표면과 일치하는 포화 상태에서는 포화단위중량에서 물의 단위중량을 빼어 유효단위중량을 사용하며, 무한사면의 마찰에 의한 항은 tan(φ)과 tan(β)의 비로 단순화될 수 있다.
사면 안정 해석법은 원호파괴면을 가정하는 방법과 연직 평행 절편으로 분할하는 절편법으로 크게 나뉜다. 연직 평행 절편을 이용한 대표적 방법으로 Fellenius, Bishop, Spencer 등이 있으며, 원호를 가정하는 방법(예: 마찰원법)은 절편법과 구별된다.
흙댐이나 제방의 사면에서는 수위 변화가 결정적인 불안정 요인이다. 특히 만수 후 수위의 급격한 강하는 내부 간극수압의 감소와 부력 변화로 인해 사면의 안전율이 가장 낮아지는 경우가 되므로 수위 변화의 속도를 항상 검토해야 한다.
절토면의 안전율 계산에서는 재료의 강도 지표를 상황에 맞게 변환하여 사용한다. 예를 들어 굳은 점토의 일축압축강도(qu)는 비배수조건의 점착력 c로 전환하여 계산하는 관행이 있으며, 이 경우 c = qu/2를 적용하고 단기 안전율 평가에 Fs = 4c/(γH) 공식을 사용하는 사례가 있다.
(요약) 포화 무한사면: γ' 계산(γsat−γw) → 무한사면 공식에 대입하여 z 소거 → 안전율 약 1.6 산출 사례 제시한다 (요약) 굳은 점토 절토면: qu→c 변환(c=qu/2) → Fs=4c/(γH) 적용 → Fs=2.0 산출 사례 제시한다
사면파괴가 일어날 수 있는 원인에 대한 설명중 적절하지 못한 것은?
정답 ③ · 문항은 사면파괴를 일으킬 수 있는 원인들 가운데 적절하지 않은 항목을 찾도록 하고 있다. 사면파괴는 유효응력 감소나 전단강도 저하로 발생하므로 흙의 수분 증가, 굴착으로 인한 구속력 감소, 지진에 의한 수평력 증가는 모두 불안정 요인이다.
사면파괴는 전단응력 증가 또는 전단강도 감소를 원인으로 하며, 과잉간극수압 감소는 유효응력 증가로 안정화 요인.
일반적으로 제방 및 축대의 사면이 가장 위험한 경우는 언제인가?
정답 ④ · 문항은 제방 및 축대 사면이 가장 위험해지는 수위 변화 상황을 묻고 있다. 수위가 급격히 낮아지는 경우에는 사면 내부의 수압 변화와 흐름이 발생해 유효응력과 전단저항을 급격히 약화시키므로 붕괴 위험이 가장 크다.
사면 내 간극수압이 급격히 감소하면 유효응력이 증가하여 전단강도가 낮아져 사면이 불안정해진다.
암반층 위에 5m 두께의 토층이 경사 15°의 자연사면으로 되어 있다. 이 토층은 C'=1.5t/m², ø'=30°, γt=1.8t/m³이고, 지하수면은 토층의 지표면과 일치하고 침투는 경사면과 대략 평행이다. 이 때의 안전율은?
정답 ③ · 무한사면의 안전율을 구하는 문제입니다. 지하수면이 지표면과 일치하고 침투가 사면과 평행하게 흐르므로, 흙 전체가 포화상태이며 간극수압이 작용합니다.
무한사면 안전율은 깊이 z가 소거되며, 지하수면 일치 시 유효중량과 간극수압을 고려한 공식으로 계산된다.
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